文章介绍
传统的钝化配体仅通过单个活性位点与钙钛矿表面结合，这不仅由于致密的配体堆积而形成电阻屏障，而且还限制了器件稳定性的增强。
基于此，南京航空航天大学张助华和郭万林院士等人确定了一种氯化锑-N，N-二甲基硒脲络合物 Sb(SU)2Cl3
作为多锚定配体，可显着增强钙钛矿结晶度，抑制缺陷形成，并显着提高耐湿性和整体稳定性。因此，在使用两步法制造的全空气处理钙钛矿太阳能电池中实现了 25.03% 的功率转换效率，这是在环境条件下制备的器件中报告的最高效率之一。值得注意的是，未包封的电池在暗架储存期间表现出 23,325 小时的线性外推 T80 寿命。此外，这些未封装的器件表现出卓越的热稳定性和运行稳定性，T80 的使用寿命分别为 5,004 小时(在 85 °C 下)和 5,209 小时(在 1 个太阳照射下)，是迄今为止最稳定的钙钛矿太阳能电池之一。该论文近期以“Enhanced coordination interaction with
multi-site binding ligands for efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在顶级期刊Nature Communications上。
研究亮点
四位点配体：Sb(SU)₂Cl₃ 通过 Se、Cl 双原子协同钝化，钙钛矿表面缺陷密度骤降。
常压效率破纪录：空气环境两步法制备的小面积器件认证效率 25.03 %。
稳定性里程碑：未封装器件在 85 °C、连续光照及暗态储存条件下的 T₈₀ 寿命 >5,000 h，为商业化扫清“寿命”障碍。
研究内容
团队设计合成锑氯-硒脲复合物 Sb(SU)₂Cl₃，利用 Se 对 Pb²⁺空位、Cl 对 I⁻空位的多点配位，同时锚定 FA⁺和晶界
Pb²⁺;该配体在钙钛矿表面形成稳固的“分子锁”，抑制 A 位阳离子挥发与离子迁移，晶粒尺寸增大、缺陷密度降低，最终实现 25 % 以上的光电转换效率及超长耐久性。
研究意义
工艺友好：无需惰性氛围与昂贵设备，常压即可规模制备，大幅降低生产成本。
设计范式：首次证实“金属-硫族-卤素”四位点协同钝化可同时解决缺陷、离子迁移与界面能级失配三大痛点。
产业基石：>5,000 h 的 T₈₀ 寿命与 25 % 效率的组合，为钙钛矿组件走向 25 年质保奠定化学基础。
图文信息
图1. Sb（SU）2Cl 3的合成和表征。a氯化锑-N，N-二甲基硒代物络合物（Sb（SU）2Cl 3）的合成示意图。B Sb（SU）2Cl 3的ESP和能级的顶视图和侧视图。c Sb（SU）2Cl 3的FTIR光谱和（d）XRD图案。e纯硒代物在乙酸乙酯溶液（SU-EAaq）中的紫外-可见吸收光谱，乙酸乙酯溶液中的Sb（SU）2Cl 3（Sb（SU）2Cl 3-EAaq）和固态薄膜中的Sb（SU）2Cl 3（Sb（SU）2Cl 3-S）。
图2. 基于密度泛函理论（DFT）和实验表征的Sb（SU）2Cl 3与钙钛矿之间的相互作用。a-d吸附结构，和（e）Sb（SU）2Cl 3在具有一个结合位点（Se）、一个结合位点（Cl）、两个结合位点（Se + Cl）的PbI 2末端表面上的吸附能，和四个结合位点（2Se +2Cl）. f纯FAPbI 3（对照）和具有四个结合位点的Sb（SU）2Cl 3修饰的FAPbI 3的四种可能的本征中性点缺陷的形成能（2Se +2Cl）（目标）。g FAI和钙钛矿的FTIR光谱，没有和有Sb（SU）Cl。蓝色带表示N-H伸缩峰。h UV-Vis吸收光谱，FAPbI 3，Sb（SU）Cl和Sb（SU）Cl处理的FAPbI 3。i 1H NMR光谱，没有和有Sb（SU）Cl吸附。j，溶解在DMSO-d6中的FAPbI 3的k 2D <$H <$H COZY光谱，其中加入了少量DMF以提高溶解度。
图3. 多位点结合配体（Sb（SU）2Cl 3）对钙钛矿层的影响。a，b对照组（a）和目标组（B）的原位UV-Vis吸收光谱，（c，d）钙钛矿薄膜（012）晶面的掠入射X射线衍射（GIXRD）分布图。对照组（e）和目标组（f）钙钛矿薄膜的高分辨率Pb 4 f XPS峰。g，h在0.8°入射角下对照样品和目标样品的GIWAXS图像。j极图是（100）层状衍射的极图，作为对照样品和目标样品的入射角的函数。k，l GIWAXS图像的相应面外线切割，作为对照样品和目标样品的入射角的函数。
图4. 器件性能。a标准照明条件下的J-V特性（100 mW cm-2，AM 1.5 G）和稳定的PCE（插图），（B）EQE光谱，（c）紫外-可见吸收光谱，（d）黑暗条件下的奈奎斯特图，（e）稳态光致发光光谱，和（f）对照和目标样品的载流子寿命，（g）对照和目标钙钛矿太阳能电池的暗电流对温度的依赖性，（h）对照和目标样品的热激电流（TSC）谱，（i）对照和目标样品的空间电荷限制电流（SCLC）曲线。
图5. 相稳定性和器件稳定性。在环境条件下老化的对照和目标钙钛矿膜的a，b XRD图案样品在大气中（70%湿度）和110 °C下制备。（20-40%湿度）和室温下。d未包封的对照PSC和目标PSC在室温下在环境条件下老化的黑暗货架稳定性，相对湿度约为20-40% e，f遵循ISOS-D-2协议在约85 °C下连续加热下跟踪的PCE的演变和相应的线性外推。g，h在最大功率点下连续一个太阳光浸泡下跟踪的PCE的演变和相应的线性外推。
总之，这项研究是在理解大多数铵基配体添加剂和表面钝化剂通过单个活性结合位点与钙钛矿晶格相互作用的情况下开始的，我们假设这种限制可以通过采用能够在钙钛矿表面上的多个活性位点结合的配体来克服。这种与配位不足的Pb
2+的多位点配位离子有效地抑制了缺陷的形成，并促进了结晶度的提高。特别是，Sb(SU)2Cl
3络合物，它与钙钛矿晶格形成化学键和氢键，采用两步法完全在环境空气中制备的并掺入这些多位点结合配体的Percent太阳能电池实现了25.03%的功率转换效率(PCE)。这些设备还表现出卓越的长期稳定性，在环境空气(20-40%相对湿度)中储存1584小时后，保持约99%的初始性能，在黑暗存储条件下，预计T80为23325小时。这项工作强调了多位点结合配体作为同时提高钙钛矿太阳能电池效率和耐用性的有前景的策略的潜力。
器件制备
器件制备：
FTO/SnO₂/PVSK/PEAI/spiro-OMeTAD/Au
1. SnO2，3000rpm 30s旋涂，150℃退火30min;
2. 将691.5 mg(1.5 M)PbI 2溶解在DMF(0.9 mL)和DMSO(0.1 mL)的混合溶剂中，将0.5 mg Sb(SU)PbCl 2溶解在1 mL DMF中来制备Sb(SU)PbCl 2溶液。分别将0、0.5、1和2 μL Sb(SU)Cl-4溶液加入到100 μL PbI2溶液中1500rpm 30s旋涂，70℃退火1min，分别将90 mg FAI、9 mg MACl和6.39 mg MAI溶解在1 mL IPA，2000rpm 30s旋涂，150℃退火15min;
3. 4.98 mg/ml PEAI IPA，5000rpm 30s旋涂;
4. 72.3 mg/mL Spiro-OMeTAD CB+30 µL t-BP+35 µL(Li-TFSI，260 mg/mL，ACN)+30
µL(Co盐，375 mg/mL，ACN)，3000 rpm 30s旋涂;
5. 蒸镀70 nm Au。
文章信息
Nie, R., Zhang, P., Gao, J. et al. Enhanced coordination interaction with multi-site binding ligands for efficient and stable perovskite solar cells. Nat Commun 16, 6438 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61563-x
DOI: 10.1038/s41467-025-61563-x
